Wie Abfall im Schlaf aus unserem Gehirn "ausgewaschen" wird
Zum ersten Mal wurde in einer neuen Studie beobachtet, dass Cerebrospinalflüssigkeit während des Schlafes in Wellen in und aus dem Gehirn gespült wird, um Abfall zu beseitigen.
Vor kurzem, Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine Studie, in der festgestellt wurde, dass spezialisierte Immunzellen im Schlaf im Gehirn aktiver sind und Wartungsarbeiten durchführen.
Die Forscher wissen, dass Schlaf wichtig ist - nicht nur, damit das Gehirn reagieren kann, sondern auch, um Platz für Reinigungsprozesse zu schaffen.
Viele der Mechanismen, durch die diese Beseitigung von Hirnabfällen im Schlaf stattfindet, bleiben jedoch unklar.
Jetzt haben Forscher der Boston University in Massachusetts herausgefunden, dass die im Gehirn und im Rückenmark vorhandene Flüssigkeit - die so genannte Cerebrospinalflüssigkeit - während des Schlafes wie Wellen ein- und ausspült und dem Gehirn dabei hilft, angesammelten metabolischen „Müll“ loszuwerden.
"Wir wissen seit einiger Zeit, dass es diese elektrischen Aktivitätswellen in den Neuronen gibt. Bisher war uns jedoch nicht klar, dass es auch in der Liquor cerebrospinalis tatsächlich Wellen gibt “, erklärt Laura Lewis, Co-Autorin der Studie.
Ein komplexer Synchronisationsprozess
Die neue Studie - deren Ergebnisse in der Zeitschrift erscheinen Wissenschaft - 13 Teilnehmer im Alter von 23 bis 33 Jahren, die sich bereit erklärten, sich im Schlaf einer Gehirnuntersuchung zu unterziehen.
Der Prozess war schwierig. Die Teilnehmer mussten EEG-Kappen tragen, mit denen die Forscher die elektrische Aktivität in ihrem Gehirn messen konnten, während sie in einem MRT-Gerät lagen, in dem sie schlafen sollten.
Das Schlafen an diesem Ort kann jedoch schwierig sein, da MRT-Geräte sehr laut sind. "Es stellt sich nicht heraus, dass der Job der Teilnehmer tatsächlich - heimlich - fast der schwierigste Teil unserer Studie ist", sagt Lewis.
"Wir haben all diese ausgefallenen Geräte und komplizierten Technologien, und oft besteht ein großes Problem darin, dass Menschen nicht einschlafen können, weil sie sich in einer wirklich lauten Metallröhre befinden und es nur eine seltsame Umgebung ist", bemerkt sie.
Trotz dieser Herausforderungen gelang es den Forschern - wahrscheinlich zum ersten Mal - die Aktivität der Liquor cerebrospinalis im Gehirn der Teilnehmer während des Schlafes zu überwachen.
Sie sahen, dass Liquor cerebrospinalis mit Gehirnwellen „synchronisiert“ zu sein scheint, was wahrscheinlich dazu beiträgt, Hirnabfälle zu entfernen. Dieser Abfall enthält potenziell toxische Proteine, die andernfalls Ansammlungen bilden können, die den Informationsfluss zwischen Neuronen beeinträchtigen können.
Diese Ergebnisse könnten auch neue Erkenntnisse über die zugrunde liegenden Mechanismen bei Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit liefern, bei denen toxische Proteinplaques eine Schlüsselrolle bei Gedächtnisverlust und anderen kognitiven Beeinträchtigungen spielen.
Sie erklären auch, dass normales Altern mit einer schlechteren Selbstreinigung im Gehirn verbunden sein kann. Mit zunehmendem Alter neigen menschliche Gehirne dazu, weniger langsame Wellen zu erzeugen, was den Blutfluss im Gehirn sowie die Pulsationen der Liquor cerebrospinalis verringern kann.
"Es ist so ein dramatischer Effekt", betont Lewis. "[Cerebrospinalflüssigkeit, die während des Schlafes im Gehirn pulsiert] war etwas, von dem wir nicht wussten, dass es überhaupt passiert ist. Jetzt können wir nur einen Blick auf eine Gehirnregion werfen und sofort den Gehirnzustand ablesen, in dem sich jemand befindet."
"Was sind die Kausalzusammenhänge?"
In Zukunft wollen Lewis und seine Kollegen einige interessante Fragen beantworten. Zunächst möchten sie eine ältere Kohorte für ihre nächste Studie rekrutieren, um herauszufinden, ob und wie sich das natürliche Altern auf die Arbeit der Cerebrospinalflüssigkeit im Gehirn auswirkt.
Dann möchten sie auch herausfinden, wie Gehirnwellen, Blutfluss im Gehirn und Liquor cerebrospinalis synchronisiert werden können, um den Abfall „auszuspülen“.
"Wir sehen, dass die neuronale Veränderung immer zuerst zu erfolgen scheint, gefolgt von einem Blutfluss aus dem Kopf und einer Welle von Liquor cerebrospinalis in den Kopf", sagt Lewis. Sie fügt jedoch hinzu, dass noch viele Unbekannte übrig sind.
Das Team glaubt, dass Neuronen, die sich im Schlaf ausschalten, weniger Sauerstoff benötigen, was dazu führt, dass Blut aus dem Gehirn abfließt. Dies bedeutet wiederum, dass der Druck im Gehirn ebenfalls abfällt und daher die Liquor cerebrospinalis ansteigen muss, um den normalen Druck in Abwesenheit von Blut aufrechtzuerhalten.
"Aber das ist nur eine Möglichkeit. Was sind die Kausalzusammenhänge? Verursacht einer dieser Prozesse die anderen? Oder gibt es eine verborgene Kraft, die sie alle antreibt? “
Laura Lewis
Dies sind einige der Fragen, die unbeantwortet bleiben.
